Prezentarea de către IBM a două noi supercomputere cuantice și planurile Danemarcei de a dezvolta „cel mai puternic computer cuantic comercial din lume” marchează doar două dintre cele mai recente evoluții în tranziția tot mai rapidă a tehnologiei cuantice de la descoperiri experimentale la aplicații practice.
Există o promisiune tot mai mare că tehnologia cuantică va putea rezolva probleme pe care sistemele actuale se chinuie să le depășească sau nici măcar nu pot începe să le abordeze, cu implicații pentru industrie, securitate națională și viața de zi cu zi.
Ce este, mai exact, tehnologia cuantică? În esență, ea valorifică legile contraintuitive ale mecanicii cuantice, ramura fizicii care descrie modul în care materia și energia se comportă la cele mai mici scări. În acest domeniu straniu, particulele pot exista simultan în mai multe stări (suprapunere) și pot rămâne conectate pe distanțe vaste (inseparabilitate cuantică).
Ceea ce odinioară ținea de teoria abstractă este acum integrat în sisteme inovatoare, de ultimă generație: computere care procesează informația în moduri complet noi, senzori care măsoară lumea cu o precizie fără precedent și rețele de comunicații care sunt practic imposibil de compromis.
Pentru a înțelege modul în care acest domeniu emergent ar putea modela viitorul, iată cinci domenii în care tehnologia cuantică ar putea avea în curând un impact concret.
1. Descoperiri în medicină și știința materialelor
Un cercetător farmaceutic încearcă să proiecteze un medicament nou pentru o boală până acum incurabilă. Există mii de molecule posibile, numeroase moduri în care acestea ar putea interacționa în organism și incertitudine cu privire la care dintre ele va funcționa.
Într-un alt laborator, cercetătorii în domeniul materialelor explorează mii de combinații atomice și diferite proporții pentru a dezvolta baterii, substanțe chimice și aliaje mai bune, care să reducă emisiile generate de transport. Supercomputerele tradiționale pot restrânge opțiunile, dar în cele din urmă își ating limitele.
Aici ar putea interveni decisiv calculul cuantic. Acesta utilizează biți cuantici, sau qubiți – unitatea fundamentală de informație într-un computer cuantic. Qubiții nu constau pur și simplu din 1 și 0, ca biții din computerele convenționale, ci pot exista într-o varietate de „stări” cuantice diferite.
De fapt, capacitatea de a dezvolta și controla qubiții este esențială pentru progresul calculului cuantic și al altor tehnologii cuantice. Folosind qubiți, computerele cuantice pot simula simultan un număr vast de posibilități diferite, dezvăluind tipare pe care sistemele clasice nu le pot identifica într-un interval de timp util.
În domeniul sănătății, descoperirea mai rapidă a medicamentelor ar putea permite reacții mai rapide la epidemii, medicina personalizată și o mai bună înțelegere a interacțiunilor biologice până acum imposibil de descifrat. Simularea cuantică a comportamentului materialelor ar putea duce la noi materiale energetice de înaltă eficiență, catalizatori, aliaje și polimeri.
Deși computerele cuantice comerciale complet operaționale sunt încă în dezvoltare, progresul se accelerează, iar paradigmele existente, care combină abordări cuantice și clasice, demonstrează deja potențialul de a transforma modul în care descoperim și proiectăm tratamente.
2. Senzori pentru navigație, medicină și mediu
O nouă generație de senzori poate exploata diferite fenomene cuantice, precum superpoziția cuantică și inseparabilitatea cuantică, pentru a detecta schimbări pe care instrumentele convenționale le-ar rata, cu utilizări potențiale în multe domenii ale vieții cotidiene.
În navigație, aceștia ar putea ghida nave, submarine și aeronave fără GPS, prin detectarea variațiilor subtile ale câmpurilor magnetic și gravitațional ale Pământului.
În medicină, senzorii cuantici ar putea îmbunătăți capacitățile de diagnostic prin metode de imagistică mai sensibile, mai rapide și neinvazive.
În monitorizarea mediului, acești senzori ar putea urmări modificări fine sub suprafața Pământului, ar putea oferi avertismente timpurii privind activitatea seismică sau ar putea detecta poluanți în aer și apă în cantități extrem de mici, cu o precizie excepțională.
3. Optimizare pentru logistică și finanțe
Multe dintre cele mai dificile provocări actuale implică optimizarea unor sisteme extrem de complexe; adică alegerea celei mai bune opțiuni dintre miliarde de posibilități.
Gestionarea unei rețele electrice sau a unui portofoliu de investiții, programarea zborurilor sau tranzacționarea financiară ori coordonarea livrărilor globale implică probleme de optimizare atât de complexe, încât chiar și supercomputerele avansate întâmpină dificultăți în a găsi soluții eficiente în timp util.
Calculul cuantic ar putea schimba această situație. Algoritmii cuantici ar putea rezolva probleme de optimizare care sunt imposibil de abordat cu metode clasice.
Prin utilizarea principiilor cuantice pentru a explora simultan numeroase soluții, aceste sisteme ar putea identifica răspunsuri mult mai rapid decât metodele tradiționale. O companie de logistică ar putea ajusta rutele de livrare în timp real, pe măsură ce traficul, vremea și cererea se schimbă.
Companiile aeriene și rețelele feroviare ar putea să se reconfigureze automat pentru a evita întârzierile în lanț, iar furnizorii de energie ar putea echilibra producția din surse regenerabile, stocarea și consumul cu o precizie mult mai mare. Băncile ar putea utiliza computere cuantice pentru a evalua simultan numeroase scenarii de piață, îmbunătățind gestionarea portofoliilor de investiții.
4. Comunicații ultra-securizate
Securitatea este unul dintre domeniile în care tehnologia cuantică ar putea avea cel mai rapid impact. Computerele cuantice se apropie tot mai mult de capacitatea de a sparge multe dintre sistemele actuale de criptare (cum ar fi criptarea RSA, care securizează transmiterea datelor pe Internet), ceea ce reprezintă o provocare majoră pentru securitatea cibernetică.
În același timp, tehnicile de comunicație cuantică, precum distribuția cuantică a cheilor (QKD), ar putea oferi comunicații criptate intrinsec sigure.
În termeni practici, acest lucru ar putea securiza totul, de la tranzacții financiare și dosare medicale până la comunicații guvernamentale și militare. Pentru agențiile de securitate națională, criptarea rezistentă la atacuri cuantice este deja o prioritate strategică. Pentru persoana obișnuită, acest lucru ar putea însemna o viață digitală mai sigură, sisteme de identitate mai fiabile și un risc redus de atacuri cibernetice.
5. Accelerarea progresului în inteligența artificială
Inteligența artificială transformă deja industriile, dar depinde de puterea de calcul enormă necesară pentru antrenarea și rularea modelelor mari. În viitor, calculul cuantic ar putea amplifica inteligența artificială prin gestionarea unor calcule prea complexe pentru mașinile clasice.
Deși se află încă într-un stadiu incipient, algoritmii cuantici ar putea accelera un subdomeniu al inteligenței artificiale numit învățare automată (în care algoritmii se îmbunătățesc prin experiență), ar putea simula sisteme complexe sau ar putea optimiza mai eficient arhitecturile de inteligență artificială. Acest lucru ar putea duce la sisteme de inteligență artificială care învață mai rapid, înțeleg mai bine contextul și procesează seturi de date mult mai mari decât permit modelele actuale.
Acest lucru ar putea însemna asistenți IA care vă înțeleg mai natural, instrumente medicale de diagnostic care integrează în timp real date genomice și de mediu sau cercetare științifică accelerată prin simulări cuantice.
De ce contează acest lucru și la ce trebuie să fim atenți
Tehnologia cuantică nu mai este doar un domeniu teoretic. Există un optimism tot mai mare că tehnologiile cuantice viabile comercial și scalabile ar putea deveni realitate în următorii zece ani. Cu miliarde de dolari investiți la nivel global și un număr tot mai mare de prototipuri testate în afara laboratorului, „era cuantică” începe să prindă contur.
Guvernele o consideră o prioritate strategică, iar industriile o văd ca pe un avantaj competitiv. Efectele sale s-ar putea extinde asupra aproape tuturor sectoarelor, de la sănătate, energie și finanțe, până la apărare și nu numai.
Aceasta înseamnă că trebuie să ne întrebăm dacă sistemele noastre educaționale, dinamica forței de muncă, infrastructura și mecanismele de guvernanță sunt adecvate și dacă țin pasul cu aceste schimbări.
Cei care investesc devreme și strategic în pregătirea pentru era cuantică și care au răbdarea de a susține acest efort vor modela modul în care această tehnologie se va dezvolta. Atunci când va ajunge la maturitate, chiar dacă mai sunt câțiva ani până atunci, impactul său ar putea depăși cu mult laboratorul și ar putea ajunge în fiecare aspect al lumii noastre interconectate și bazate pe date.
Traducere după Five ways quantum technology could shape everyday life de Salil Gunashekar, lider principal de cercetare și director adjunct în domeniul științei și tehnologiilor emergente la RAND Europe, Adam Urwick, analist în domeniul științei și tehnologiilor emergente la RAND Europe și Teodora Chis, analist principal în domeniul științei și tehnologiilor emergente la RAND Europe.
